CN108742844A - 用于针结构在组织中的受控部署的方法和系统 - Google Patents

用于针结构在组织中的受控部署的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于在组织中部署针的系统，该系统包括控制器和可视化显示器。处理探头同时具有针和可从可以向组织中推进的该针部署的耙齿。处理探头还具有可调限位器，该限位器控制针和耙齿的部署位置。可调限位器耦合至控制器，使得在系统的实际部署之前，可以在可视化显示器上呈现由处理得到的虚拟处理边界和安全边界。

Description

用于针结构在组织中的受控部署的方法和系统
本申请是申请日为2013年9月6日、申请号为201380058193.X、发明名称为“用于针结构在组织中的受控部署的方法和系统”(PCT申请号为PCT/US2013/058467)的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2013年3月13日的美国专利申请号
13/801,782(代理人案卷号31992-714.201)和提交于2013年3月13日的美国专利申请号13/801,840(代理人案卷号31992-714.202)的优先权，这两个申请均要求提交于2012年9月7日的临时申请号
61/698,196(代理人案卷号31992-714.101)的权益，上述文献的全部公开内容均通过引用并入于此。
发明背景
1.发明领域。本发明总体上涉及医疗方法和装置。更具体地，本发明涉及用于使用投影到所要处理的组织的图像上的处理边界和安全边界来控制针的部署的方法和系统。
目前对患者身体内器官和组织的医学处理经常使用针或其他细长体来递送能量、治疗剂等。可选地，所述方法使用超声成像来观察和识别处理目标和追踪针相对于处理目标的位置。
本发明特别感兴趣的是最近提出的对子宫肌瘤的处理，其依靠处理装置在患者子宫内的经阴道定位或通过腹腔镜定位。射频或其他能量或者治疗递送针从装置部署到肌瘤中，并且递送能量和/或治疗性物质以便消融或处理肌瘤。为了促进对肌瘤的定位和针在肌瘤内的放置，装置包括超声成像阵列，该超声成像阵列具有通常在相对于携载针的轴向轴杆的向前方向或横向方向上的可调视野。从轴杆并且跨过所述视野推进针，以便能够使所述针可视化并且将其引导至组织和目标肌瘤中。
尽管这样的针消融和处理方案对于患者有效且非常有益，但却面临诸多挑战。首先，针的初始部署可能是困难的，特别是对于那些经验较少的医师尤为如此。尽管这些医师可以在成像屏幕上实时地查看组织和目标解剖结构，但可能很难精确地预测针将会采取的路径和评估其最终处理位置。虽然针当然可以被部分地或完全地缩回和重新部署，但是使实现处理之前的部署次数减至最小将会是有利的。
第二挑战来自于针已被部署之后。虽然可以在超声图像或其他可视图像上观察针的位置，但是由能量或其他治疗递送所产生的处理体积可以难以预测。与初始定位一样，经验将会是有帮助的，但是期望减少对于运用判断和猜测的需求。
第三挑战在于保证不会无意地损伤附近的敏感组织结构，诸如子宫肌层周围的浆膜。与判断处理体积一样，预测处理的安全裕度可能是困难的。
与本申请共同转让的美国专利号8,088,072描述了一种用于将安全边界和处理边界投影在所要处理的肌瘤或其他组织结构的实时图像上的系统。尽管在随单一的针一起使用时非常有效，但`072专利的系统并未针对随多个针/耙齿组装件(诸如在共同拥有的美国专利号8,206,300和8,262,574中教导的那些组装件)一起使用而优化。
由于这些原因，期望提供用于在能量递送或其他治疗方案中在超声或其他成像视野内部署能量递送针和其他针的改进的系统和方法。向主治医师提供如下信息尤其有用：该信息将会有助于多个针或耙齿(tine)的初始部署，以便提高针组装件将会相对于所要处理的目标解剖结构适当定位的可能性。还期望向医师提供反馈以帮助准确地预测处理体积。如果有必要，这样的信息应当允许医师重新定位探头，以便增加完全处理解剖结构的可能性。此外，期望向医师提供反馈，从而允许医师评估安全裕度，以便不损伤敏感组织结构。所有的此类反馈或其他信息优选地可视化地提供在超声或其他成像屏幕上，以便可以快速地预测、评估针的位置以及开始处理。期望在最小化对于向系统控制器或显示器上输入数据或命令的需求的同时响应于对探头的操纵而将反馈信息呈现在显示器屏幕上，并且还期望对探头的此类操纵可以设定对后续的针部署程度加以控制的限位器或其他限制。这些目标中的至少一些目标将会由下文描述的发明所满足。
2.背景技术描述。美国专利号8,088,072；8,206,300和8,262,574已在上文中描述并通过引用并入于此。与本申请共同转让的美国专利号7,918,795描述了对于成像和处理子宫肌瘤有用的探头，该探头可在本申请的系统和方法中使用，并且该文献通过引用并入于此。其他描述系统中对于处理子宫肌瘤有用的探头的共同转让的专利和公开申请包括美国专利号7,874,986和7,815,571；以及美国专利公开
2007/0179380和2008/0033493。另请参见美国专利号6,050,992和美国专利公开2007/0006215。
发明内容
本发明提供了用于在组织中部署针结构的方法和系统。所述针结构可以在一些情况下包括单一的针，但是在大多数情况下将会包括多个针或者针与耙齿组装件，如下文更详细地描述。针结构通常旨在向组织递送治疗，最典型情况下被配置用于递送射频能量、等离子体能量、治疗性超声能量、微波能量、热、冷(低温处理)或其他能量以便消融或以其他方式改变目标组织或组织内的目标解剖结构。或者，针结构还可以提供药物或其他物质递送、分碎，或者其他可以使用针结构来实现的组织处理。
本发明的方法和系统特别适合于处理患者子宫中的肌瘤，其中将携载针结构和成像传感器(imaging transducer)(通常是超声成像传感器)的探头经阴道和经宫颈引入到子宫中，或者在其他情况下通过腹腔镜引入和穿过子宫或者其他器官或组织目标的外部。如下文更详细描述，在子宫内操纵探头以向肌瘤递送消融能量。在本发明的大多数实施方式中，在实际组织中实际部署针之前，在组织的实时图像上“可视化地”部署针结构。在针结构的实际部署之前，还将会确定并且可选地调整组织内的处理边界和/或安全边界。在其他实施方式中，可以追踪针结构的实际位置，并且可以将对应的处理边界和/或安全边界实时投影在屏幕上。在所有实施方式中，可以在开始处理之前检查处理边界和安全边界。
本发明的方法和系统还提供了：一旦已使用虚拟图像选择了虚拟部署的参数，则在与虚拟部署配置相匹配的位置上和/或图案中在真实组织中实际部署针结构。在第一示例性实施方式中，在实时图像上的虚拟部署期间，通过操纵探头上的“限位器”或其他机械元件而完成这样的部署。停止位置对应于实际的针部署位置(限位器通常充当允许将针结构部署至特定位置和以特定图案部署的限制)，并且系统基于停止位置并基于向系统控制器供应的或由系统控制器生成的能量递送数据来计算处理边界和/或安全边界。该系统可以备选地或附加地追踪处理探头和/或针结构在子宫中的位置，从而允许在主治医师移动探头和推进针结构时计算和/或更新投影于组织的实时图像上的处理边界和安全边界。在第一示例性实施方式中，一旦在实时图像上相对于所要处理的解剖结构适当定位了处理区域和/或安全边界，则医师可将探头保持就位并部署针结构直至该针结构到达其一个或多个“停止”位置，所述停止位置已在处理的初始成像和设置阶段期间预设到探头中。在一些情况下，随着医师使用处理探头上的控件在屏幕上操纵处理边界和/或安全边界，限位器可被自动设定。在备选实施方式中，医师可以在实时查看安全边界和/或处理边界的同时操纵探头和推进针结构，而不预览虚拟投影。
在示例性实施方式中，将会从处理探头部署至少一个主要针或中心针，并且将会从一个或多个主要针或中心针部署多个耙齿或辅助针。最通常情况下，将会有单一主要针，该主要针从探头的轴杆沿着其中心轴线向远侧部署。继而以向远侧发散的图案从所述单一的针推进多个耙齿。在其他实施方式中，可以在不使用主要针或中心针的情况下从探头推进多个针或耙齿。在这种情况下，针或耙齿通常将会随着它们向远侧被推进而扩张或发散成三维阵列。
可以成像并于随后处理的示例性解剖特征包括肌瘤、肿瘤、包囊组织块、假包囊组织块等。本发明特别感兴趣的是，可以将探头定位在子宫中，并且将针结构部署至位于子宫的子宫肌层组织中的肌瘤附近或该肌瘤内的位置。在这种情况下，期望还对包围子宫肌层的浆膜和/或其他可能被本文所述的能量介导处理所损伤的敏感解剖特征进行成像。
如本文所使用，处理区域由处理边界所限定，所述处理边界由系统控制器基于针结构部署配置(由“限位器”设定，或随着针结构被部署而实时计算)和由系统控制器所设定的或向系统控制器中输入的能量递送参数而计算得出。由在选定位置以选定图案部署的针结构所递送的能量或其他治疗将会有效地处理目标组织以实现消融或其他治疗结果。如下文所述，因此期望操纵探头以及一个或多个针结构限位器和/或实际针结构，以使处理区域至少部分地包围如在系统的实时图像显示器上看到的所要处理的解剖结构。
如本文进一步使用，安全区域由安全边界所限定，所述安全边界由系统计算得出。与处理区域一样，安全边界是基于由医师在处理探头上设定的或调整的针结构“限位器”和/或实际针结构位置以及向系统控制器中输入的或由系统控制器设定的能量递送参数而计算得出。安全边界与处理边界的不同之处将会在于，安全边界将会设定在组织处理区域的边界之外的最小阈值距离处，其中损伤组织的风险将会减小或被完全消除。
在本发明的第一方面，用于在组织中部署针结构的方法包括将具有可部署式针结构的处理探头定位在所要处理的组织的表面附近，例如，邻近子宫的子宫肌层上的子宫壁。通常使用成像传感器(诸如由处理探头所携载的超声阵列)来提供组织的实时图像，并且将其投影到与控制器相连的显示器上。该实时图像包括所要处理的解剖特征，诸如肌瘤。在部署针结构之前，向实时图像上投影处理区域和安全区域中的至少一个。继而仍在部署针结构之前，在实时图像上调整处理区域和/或安全区域的边界的大小和/或位置。在已于实时图像上相对于所要处理的解剖结构适当定位了处理区域和/或安全区域的一个或多个边界之后，可以将针结构从探头部署到组织中以在已经调整边界之后的投影的处理边界/安全边界内提供处理。
处理区域和/或安全区域的边界能够以多种方式移动或调整。首先，医师对探头的手动移动将会致使投影于屏幕上的组织和解剖结构的实时图像相对于投影于屏幕上的一个或多个处理边界和/或安全边界而移动。由于投影于屏幕上的处理边界和/或安全边界的一个或多个位置取决于针结构的计算出的位置，因此应当理解，探头自身的移动将会致使计算出的针位置在实时图像内移动。除了处理探头在子宫中的这样的整体移动之外，还可以通过探头上的控件，例如通过手动定位提供于探头上的针限位器元件，来调整投影于实时图像上的处理区域或安全区域的位置。针限位器元件对部署针结构的至少一个针提供了物理限制，使得当在组织中实际部署针时，该针将会精确地位于由针限位器所确定的位置上。在部署之前，由系统控制器追踪针限位器自身的位置，并且将其用于计算处理边界和/或安全边界的一个或多个位置。
在特定实施方式中，探头上的一个或多个传感器追踪一个或多个限位器的移动，以便重新定位投影的边界和/或重新设定其大小。例如，可以在瞄准旋钮上提供旋转传感器，使得当旋转旋钮时，处理区域增大和缩小，并且齿轮系转动丝杆，所述丝杆移动限位器。因此，耦合至限位器的传感器追踪投影的安全边界和/或处理边界。
或者，在其他实施方式中，可以使用合适的接口，诸如键盘、操纵杆、鼠标、触摸板、触摸屏等，在控制器和/或显示器屏幕上调整处理边界和/或安全边界的一个或多个位置以及一个或多个大小。一旦在屏幕上适当地(虚拟地)定位了处理边界和/或安全边界，控制器可以控制处理探头上的针结构的部署。例如，控制器可以定位探头上的伺服马达以便定位针/耙齿限位器，或者可以直接定位针/耙齿而不使用限位器结构。
除了针限位器之外，探头通常还将会具有耙齿限位器，所述耙齿限位器确定多个耙齿可以从针被推进的程度。尽管本公开内容一般是指单一耙齿限位器，但其他实施方式可以采用多个耙齿限位器，并且可以单个地控制或者以少于全部的组来控制单个耙齿。耙齿限位器将被配置成由系统控制器所监控，使得该控制器可以在耙齿限位器被调整时计算处理边界或安全边界的大小。此外，一旦确定了处理边界和/或安全边界的期望位置和大小，耙齿限位器将会发挥作用以限制耙齿的行程，使得它们被物理地部署成当通过针结构递送能量时在期望的处理边界/安全边界内提供处理的图案。
一旦已设定了针限位器和耙齿限位器，并且已将针结构在组织中推进至由限位器所限定的限度，可以通过针结构递送能量以处理组织。当然，所述能量将会以已经被用于计算处理区域和/或安全区域边界的处理功率和/或处理时间来递送。在一些实施方式中，控制器将会有可能基于功率、时间和/或其他已由医师选定的处理参数(除针/耙齿位置之外的处理参数)来调整处理边界或安全边界的位置或大小。通过这种方式，同时将针/耙齿位置以及能量递送的功率和时间纳入考虑，以计算处理边界或安全边界的位置或大小。或者，可以通过已部署的针结构来递送药物递送、组织分碎和其他治疗。
可选地，可以在调整处理边界和/或安全边界的位置和/或大小的同时，向实时图像上投影虚拟针位置信息。例如，针位置信息可以包括多个基准或标记，所述基准或标记被投影到实时图像上以指示一个或多个针尖端的投影位置或者其他针位置信息。在其他情况下，有可能在针行进穿过组织时(但在实际部署之前)投影针长度的完整图像。当然，所述针位置信息将会优选地在调整探头限位器时得到更新，并且将会允许医师看到在针部署之后针将会处于何处。
在本发明的另一方面，一种用于处理组织中的解剖特征的系统包括实时图像显示器、处理探头以及位于所述处理探头上的可定位式限位器结构。所述处理探头携载可部署式针结构和成像传感器，其中所述传感器可连接至所述实时图像显示器。处理探头上的位置限位器结构(1)控制投影于所述实时图像显示器上的处理区域或安全区域的位置和大小中的至少一个，以及(2)物理地限制所述针结构的部署以使对所述组织的后续处理处于所述处理区域和/或安全区域内。
示例性针结构包括针和多个耙齿，所述多个耙齿可从针推进。随着耙齿从针推进，所述耙齿呈现出向远侧发散的图案，并且限位器结构通常包括针限位器元件和单独的耙齿限位器元件。针限位器元件至少部分地控制投影于实时图像显示器上的处理区域或安全区域的位置，而耙齿限位器元件至少部分地控制投影于实时图像显示器上的处理区域或安全区域的大小。
处理系统可以可选地进一步包括控制器，该控制器可连接至探头以向针结构递送能量，其中所述系统被配置用于基于要由控制器递送的能量水平和可由处理探头上的传感器追踪的一个或多个限位器元件的位置来控制投影的处理区域大小或投影的安全区域大小。
在本发明的又一方面，一种成像和治疗递送系统包括成像组件，该成像组件包括具有近侧末端、远侧末端的成像轴杆以及位于所述远侧末端处的成像传感器。包括具有远侧末端和近侧末端的针轴杆以及往复运动地安置在该轴杆上或该轴杆内的针结构的针组件被配置用于可移除地附接至成像轴杆，其中所述轴杆并排设置，且它们各自的轴线平行。
在特定示例中，成像轴杆上的成像传感器枢转地附接于成像轴杆的远侧末端处，并且当针轴杆附接至成像轴杆时，针轴杆的远侧末端被安置于枢转地附接的成像传感器的近侧。针轴杆中的针结构通常沿着针轴杆的轴线向远侧往复运动，并且当针轴杆附接至成像轴杆时，成像传感器枢转远离针轴杆的轴线。成像组件可以进一步包括附接至成像轴杆的近侧末端的成像手柄节段，并且针组件可以进一步包括附接至针轴杆的近侧末端的针手柄节段。在这样的实施方式中，当针轴杆附接至成像轴杆时，所述成像手柄节段和所述针手柄节段通常将会形成完整的手柄。成像手柄节段通常具有容纳被配置用于将成像传感器与外部成像显示器相连的电路的内部，并且针手柄节段包括用于推进耙齿针结构的机构，并且成像手柄节段通常进一步包括用于使成像传感器相对于成像轴杆枢转的机构。
在本发明的又一方面，一种用于在组织中从针部署多个耙齿的方法包括在显示器上提供包括所要处理的解剖特征的组织的实时图像。将针穿透到组织中接近所述解剖特征处(通常是在远侧方向上)，并且将耙齿从针进一步部署到组织中。与前述实施方式一样，耙齿在其从针向远侧被推进时通常径向发散，以增加所要处理的组织的体积。响应于耙齿部署而将处理边界和安全边界中的至少一个投影到显示器上。可以调整耙齿部署的程度以改变投影于显示器上的处理边界和/或安全边界的大小和/或形状。与先前的实施方式相反，医师能够定位针和耙齿，而无需预先将安全边界和/或处理边界虚拟地投影到解剖结构的图像上。替代地，可以依靠实际的针和耙齿部署以在实时图像上定位和重新定位安全边界和/或处理边界，直至医师已确信使用实际部署的针和耙齿配置的后续处理将会既安全又有效。当然，除了实际的针和耙齿部署之外，投影的处理边界和/或安全边界还将以类似于先前讨论的虚拟边界的投影的方式取决于处理的预定功率和时长。在已经获得可接受的大小和/或安全边界之后，可以通过耙齿来递送处理。在特定实施方式中，可以经由用于部署针和耙齿的探头上的针/耙齿部署机构中的传感器来追踪耙齿的部署。在这种情况下，穿透针将会包括从已穿透到组织中的探头推进针。通常，还将依靠从探头的针部署的程度来确定显示器上的投影的安全边界和/或处理边界。
在本发明的又一方面，一种用于处理组织中的解剖特征的系统包括连接至控制器的实时显示器。所述系统向显示器上投影处理边界和安全边界中的至少一个并调整其大小。提供具有可部署式针结构和成像传感器的处理探头，其可连接至控制器和显示器。处理探头携载至少一个伺服驱动马达，该伺服驱动马达连接至控制器并由控制器所驱动。控制器被配置用于驱动伺服马达以定位针结构，从而提供在由处理边界限定的区域上有效并且不显著延伸超出安全边界的处理。
在系统的特定实施方式中，所述针结构可以包括针和多个耙齿，所述多个耙齿可按向远侧发散的图案从所述针推进。所述至少一个伺服马达可以包括驱动针的第一伺服马达和驱动多个耙齿的第二伺服马达。所述系统通常包括用户接口，该用户接口被配置用于允许用户在显示器上虚拟地调整处理边界和/或安全边界的大小和/或位置。在一些情况下，如前文所述，接口可以位于处理探头自身上。在其他情况下，接口可以包括更常规的键盘、鼠标、滚动球、触摸屏、语音激活等，其连接至控制器以允许用户在实际定位针结构之前虚拟地定位针结构。在其他实施方式中，处理探头可以包括用于定位针结构的伺服马达和/或用于检测针结构已被部署的程度的传感器。在这种情况下，用户可以使用伺服器来定位针结构(无需生成安全边界和/或处理边界的虚拟投影)，并且在投影的安全边界和/或处理边界由系统控制器计算和投影时对它们进行观察。在所有情况下，只有在已确认针结构的部署满足安全边界和/或处理边界的要求之后，才可以使用系统来递送能量或其他处理。
本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，程度如同具体地和个别地指出要通过引用而并入每一个别出版物、专利或专利申请。
附图说明
图1是本发明的系统的示意图，该系统包括系统控制器、图像显示器以及具有可部署式针结构和成像传感器的处理探头。
图2是本发明的处理探头的透视图。
图3是图2的处理探头的视图，图中图示了与针组件分离的探头的成像组件，其中脱离了一些部分并放大了一些部分。
图3A图示了与成像组件的远侧末端相连的针组件的远侧末端。
图4A至图4F图示了探头的针部署组件的内部机构，包括针限位器壳体和针托架，图中示出了如何操纵所述机构以部署针结构。
图5A和图5B图示了互锁机构，其防止在探头的成像组件上的成像阵列的偏转之前针结构的部署。
图6A和图6B图示了齿轮系，该齿轮系被安装在用于部署针和针结构的多个耙齿的针限位器壳体上。
图6C和图6D图示了针托架的细节。
图7A至图7C示出了针托架和针限位器壳体的相对移动。
图8是针托架的底视图。
图9图示了处理探头的远端部分，该远端部分被引入到子宫腔中以对子宫肌层中的肌瘤进行成像。
图10A-图15A图示了在根据本发明原理使用处理探头调整处理边界和安全边界时，实时图像显示器的“屏幕截图”。
图10B-图15B图示了手柄的操纵，其对应于图10A-图15A的实时图像上的处理边界和安全边界的投影图像的重新定位。
图16A-图16D图示了在实时图像上提供的基准或标记，其中所述基准或标记对应于针尖端位置。
图17A-图17C图示了本发明的针壳体的备选构造，其具有用于检测针托架和耙齿滑块在它们被定位以相应地部署针和耙齿时的位置的传感器。
图18A和图18B图示了本发明的针壳体的进一步的备选实施方式，其采用伺服马达和驱动螺杆来定位针托架和耙齿滑块。
图19图示了在其中依靠实时超声图像数据来确定本发明的针结构的位置的系统示意图。
图20图示了在其中使用外部针追踪数据来追踪针位置的系统示意图。
具体实施方式
如图1中所示，根据本发明原理构建的系统10包括系统控制器12、成像显示器14和处理探头16。系统控制器12通常将会是基于微处理器的控制器，其允许以常规方式设定处理参数和成像参数。显示器14通常将会与控制器12一起被包括在公共外壳18中，但亦可被提供于单独的外壳中。处理探头16包括成像传感器20，该成像传感器20通过成像线缆24连接至控制器12。控制器12经由处理线缆22向处理探头供应功率。控制器12通常还将包括供主治医师向控制器输入信息的接口，诸如键盘、触摸屏、控制面板等。可选地，触摸板可以是成像显示器14的一部分。由控制器递送至处理探头的能量可以是射频(RF)能量、微波能量、处理等离子体、热、冷(低温治疗)或任何其他常规的能量介导处理方式。备选地或附加地，处理探头可适于向所要处理的组织解剖结构递送药物或其他治疗剂。在一些实施方式中，探头16插入到超声系统中，并且插入到单独的射频(RF)发生器中。接口线将超声系统和RF发生器连接起来。
现在参考图2和图3，处理探头16包括针组件26和成像组件28。针组件和成像组件被构建为单独的单元或组装件，其可以可移除地彼此附接以供使用。在使用之后，可以分离并且通常将会抛弃针组件，而成像组件将被消毒以供重复使用。处理探头16在图2中被示出为处于其完全组装的配置中，而在图3中被示出为处于其拆开的配置中。在本发明的其他实施方式中，可以将针组件和成像组件组合成单一的、集成的手柄单元。
针组件26包括手柄部分27，该手柄部分27在其上表面上具有可滑动地安装的瞄准旋钮30。瞄准旋钮30控制手柄内的内部限位器的定位，所述内部限位器由控制器12(图1)所监控，以便计算显示器14上所示的目标区域和/或安全区域的边界的大小和位置。如下文更详细描述，限位器还将用于物理地限制针56的部署，以及可选地限制耙齿57的部署。
针56从针轴杆34部署，并且针和可选的耙齿一起形成针结构，该针结构例如可以如前文在共同拥有的美国专利号8,206,300和8,262,574中所描述那样构建，上述文献的全部公开内容通过引用并入于此。
针组件26的手柄部分27还包括流体注射端口32，该端口32允许将盐水或其他流体通过针轴杆34注射到诸如子宫等正在处理的组织中的目标区域中。如下文更详细描述，针手柄27还包括针滑块36、针释放件38以及耙齿滑块40，用于部署针56和耙齿57。成像线缆24可附接于成像组件28的手柄部分27的近侧末端处，以便如前文所述地连接至控制器12。
成像组件28包括手柄部分29和成像轴杆44。可以缩回手柄部分29上的偏转杆46以便向下偏转成像传感器20，如图3中的虚线所示。针组件释放杆48耦合至一对闩锁50，该对闩锁50接合针组件26的手柄部分27的底面上的挂钩52。如图3A中所示，针组件26可以通过首先捕捉成像轴杆44上的挂钩60下方的针轴杆34上的一对翼片58(在图3中仅示出了其中之一)而可释放地附接至成像组件28。继而可以将针手柄部分27的底面降到成像手柄部分29的上表面之上，使得挂钩52接合闩锁50以形成处理探头16的完整组装件，其中所述手柄部分一起形成完整的手柄，以供在手术中使用。在使用之后，可以拉动针组件释放杆48，以便从闩锁50释放挂钩52，从而允许将手柄部分27与手柄部分29分开。
在使用中，如下文将会更详细地描述，瞄准旋钮30同时用于定位(平移)投影到系统10的显示器14上的虚拟处理区域和调整其大小。可以在手柄部分27的上表面上的槽中向远侧和向近侧移动旋钮30以便平移图像上的处理区域/安全区域的位置，并且还可以旋转该旋钮以便调整处理区域/安全区域的边界的大小。滑动和旋转旋钮30还将会调整手柄部分27中的机械限位器的位置，所述机械限位器限制针56和耙齿57的部署，使得一旦已在实时图像上选择了处理区域/安全区域的虚拟边界，即可通过移动针滑块36和耙齿滑块40直到它们的移动被限位器所阻止来自动地将针和耙齿推进至对应的部署位置。处理区域/安全区域的位置还取决于医师将处理探头16保持在目标组织内的位置。因此，使用滑块36和滑块40对针和耙齿所进行的推进，只有在从设定限位器直到完成针/耙齿的推进的时间里使处理探头保持稳定时，才会导致针和耙齿在目标组织内的适当放置。在优选实施方式中，旋转旋钮30还将会确定处理方案的长度和/或在此期间的功率递送。因此，旋钮可以用于不仅基于耙齿已被推进的程度，而且还基于向目标组织递送的能量的量，来虚拟地设定处理区域/安全区域的大小。
现参考图4A至图4F，将要更详细描述针手柄部分27及其内部组件的构建。注意，针组件26的定向相对于图2和图3中所示的定向是反转的，使得针轴杆34在图4A-图4F中向右延伸，而不是如图2和图3中所示向左延伸。在图4A至图4F中的每幅图中示出了其上部被部分地移除的针组件26的手柄部分27。针限位器壳体64可滑动地安装在具有旋钮30的轴杆31的壳体中，该轴杆31随着壳体64被平移而在槽33(图2)中行进。
针托架68也可滑动地安装在壳体部分27中，并且携载安装在丝杆72上的耙齿限位器66。旋钮30通过齿轮系71耦合至丝杆72，该齿轮系71转动可滑动地插入到丝杆72中的驱动轴杆70。驱动轴杆70将会具有非对称横截面，该横截面滑入或滑出在丝杆72中轴向对准的相配的通路。因此，旋钮30可以用于独立于针限位器壳体64和针托架68的相对轴向位置而旋转丝杆。
如下文将会更详细地解释，处理探头16具有若干个互锁特征，所述互锁特征防止限位器、针和耙齿的意外致动，并且要求以适当顺序进行限位器位置和针/耙齿的致动。作为该互锁系统的一部分，棘爪74被提供于针限位器壳体64的一侧，使得棘爪74接合手柄部分27的壳体的内侧上的齿条132(图8)，以阻止针限位器壳体64的运动，除非棘爪被脱开。通过按下旋钮30来脱开棘爪，这样允许在手柄部分27上向远侧和向近侧移动旋钮，以便在手柄部分27中重新定位针限位器壳体64。当释放旋钮时，棘爪74重新接合，从而将针限位器壳体64相对于手柄部分27锁定到位。
类似地，在针托架68上提供棘爪76(图4A和图4B)。这些棘爪还接合手柄部分27的壳体的内侧上的齿条134(图8)。棘爪76通常是接合的，从而将托架68锁定到位，但是可以通过按压T形释放件38而被脱开，从而允许向前推动托架以便向远侧推进具有由托架所携载的近侧末端(未示出)的针56。如下文中将会描述，通过耙齿滑块40从针56推进耙齿57。
如图4B中所示，分别由针位置传感器78和耙齿位置传感器80来感测针限位器壳体64和耙齿限位器66的位置。这些传感器通常是变阻器，其中位置的变化导致由控制器12感测到的电阻的变化，但是也可以使用其他的绝对位置反馈器件，诸如LVDT、正交编码器等。因此，在针或耙齿的部署之前，针限位器壳体64和耙齿限位器66的位置可由控制器12实时追踪，并且随着针限位器壳体的位置被调整以及旋钮被旋转而在显示器单元14上显示计算出的处理边界和/或安全边界以调整耙齿限位器的位置。当然，还可以在显示器14上可视地或数值地示出限位器的实际位置。在针和耙齿的任何实际部署之前，医师将会具有确认处理边界/安全边界的可视化信息，该信息将会由针/耙齿的部署所产生，该信息已通过调整针和耙齿限位器而被设定到处理探头中。
这样的方法和系统的一个特别优点在于，医师可以通过由操纵(滑动或转动)旋钮30造成的相对于实时图像(或者在其内)移动处理边界/安全边界或者由操纵整个处理探头16造成的相对于目标解剖结构移动整个实时图像，来在目标解剖结构之上操纵处理边界/安全边界，以便使处理边界越过肿瘤并且保持安全边界远离敏感解剖结构。因此，在医师将任何针推进到患者组织中之前，医师可以使用虚拟瞄准接口预先确认消融将会是有效而安全的。
参考图4A，为了虚拟地定位处理区域/安全区域的边界，可以按下瞄准旋钮30，并且在箭头84的方向上向远侧移动旋钮，到达图4C中所示的位置。当然，只要旋钮被按下，医师就将会能够向远侧和向近侧移动针限位器壳体，直到处理区域/安全区域的边界如可视显示器14上所示被适当地定位。一旦适当地定位，部分地按下旋钮30以脱开旋转锁110(图6B)，并且可以如箭头86所示地旋转旋钮以定位耙齿限位器66。更具体而言，旋钮30的旋转经由齿轮系71旋转驱动轴杆70。驱动轴杆转而旋转丝杆72，该丝杆72如图4D中的箭头88所示向远侧移动耙齿限位器66。当然，可以在任一方向上旋转旋钮30，以便向远侧或向近侧重新定位耙齿限位器66，这样的重新定位相应地导致投影于显示器14上的“虚拟”边界扩张或收缩(图4D)。一旦针限位器壳体64和耙齿限位器66处于其期望的位置上(基于处理边界/安全边界在显示器14上的虚拟或投影图像)，主治医师可以继而物理地将针和耙齿推进到由针限位器壳体和耙齿限位器预设的位置。参考图4D，推入针释放件38以脱开棘爪76以及允许在箭头88的方向上移动针托架68。针托架68被推进直至如图4E中所示碰撞到针限位器壳体64。针托架的这样的运动如图3中的虚线所示那样，转而向远侧推进针56。
在已经推进针56之后，可以通过如图4E中的箭头90所示那样向远侧手动推动耙齿滑块40来推进耙齿57，直至耙齿滑块40碰撞到耙齿限位器66。一旦如图4F中所示向远侧定位了滑块40，针56和耙齿57将会如图3中所示那样被部署。在此时，控制器12检测到针56和耙齿57已被完全延伸，并且医师确认消融将会以正确的尺寸并在安全而有效的位置上进行。当针托架68接合限位器壳体64时，耙齿滑块锁定臂120释放耙齿滑块40。因此，只有在针托架68接合限位器壳体64时首先释放耙齿滑块40，耙齿限位器66上的开关才能够是有效的，其中单一的微开关112指示出针56和耙齿57处于其适当位置上。
现参考图5A和图5B，将要说明用于在成像传感器20(图2和图3)的偏转之前防止针托架68的运动的互锁组装件。最初如图5A中所示向前推动传感器偏转杆46，其中传感器20处于其轴向对准的配置，如图2和图3中所示。应当理解，在传感器20轴向对准时的针推进很可能会损坏传感器。为了避免这样的损坏，杆46在其被缩回时接合一四连杆机构92，该四连杆机构92耦合至角锁(angle lock)94，该角锁94防止针托架68的移动。然而，当向近侧拉动杆46以偏转传感器20时(如图3中的虚线所示)，允许所述四连杆机构如图5B中所示那样坍缩并脱开角锁94。在该配置中，可以自由地推进和缩回针托架68。在其他实施方式中，杠杆梁或枢转梁可以代替四连杆机构。
图6A和图6B中示出了齿轮系的细节，该齿轮系允许旋钮30旋转以驱动轴杆70。旋钮附接至锥齿轮100，该锥齿轮100旋转锥齿/直齿组合齿轮102，该齿轮102转而驱动附接至驱动轴杆70的直齿轮104。按下旋钮30的操作与定位销108相互作用，从而缩回棘爪74，其中定位销108由旋钮30上下移动并安放于棘爪表面中的槽或沟道中。提供旋转锁110，并且该旋转锁110接合锥齿轮以防止旋钮的旋转。提供微开关112，其在旋转锁110和棘爪74接合时发信号给控制器。
现参考图6C和图6D，将要描述针托架68的更多细节。图6C是针托架68的顶视图，大体上如先前附图中所示。图6D是针托架的底视图，图中示出了先前不可见的细节。角锁94使臂96平移，其允许或阻止针释放件38被致动。如图6D中所示，角锁94是接合的(如图5A中所示)。通过缩回杆46(图5B)，角锁94将会脱开以撤回臂96，以便允许按下针释放件38。针释放件38转而缩回与手柄部分27上的锁定齿134脱开的棘爪76。
如下文更详细地描述，耙齿滑块40上的支架114与在针内推进耙齿的轴杆(未示出)相接合。类似地，固定到针托架68上的支架116接合针的近侧末端(在图6D中未示出)，其将会在托架被推进时推进针。
图6D中示出了一个附加的闭锁。弹簧加载式柱塞140从耙齿滑块40的背面突出。当向上推动耙齿滑块40抵靠针滑块36时(即，当耙齿未部署时)，弹簧加载式柱塞140致动角锁94并接合臂96以便闭锁针释放件38。当将耙齿滑块40从针滑块36移开时，柱塞140脱开角锁94并且臂96将针释放件38解锁。当然，可以采用其他闭锁机构。例如，耙齿滑块40可以接合直接与针释放件68相接的简单的杆，而不使用弹簧加载式柱塞140。
现参考图7A至图7C，将要描述用于在推进针托架68之前可选择地锁定耙齿滑块40的机构。如图7A中所示，耙齿锁定臂120经由枢轴122附接于针托架68的一侧。锁定臂120的侧臂124被安置用于接合固定至针限位器壳体64的末端的条126，所述末端在针托架被完全推进时接合针托架。当向远侧(在图7A和图7B中向左)推进针托架68以部署针时，针限位器壳体64上的条126将会接合耙齿锁定臂120上的侧臂124。这样的接合将会致使锁定臂在逆时针方向上旋转，从而将条的锁定末端128从接合配置(图7A)提升至非接合配置(图7B)，使得只有在针托架已被完全推进之后，才可以向远侧推进耙齿滑块40。通过这种方式，可以防止耙齿的意外过早部署。
本领域技术人员应当理解，存在许多用以设计控制处理探头的组件的部署顺序的闭锁的方式。例如，条126可以集成到侧边124中而非壳体64。闭锁120可被设计成片簧，使得其不依赖于重力来将锁定末端128与耙齿滑块40相接合。
图7B和图7C图示了如何提升角锁94的臂96以便锁定针释放件38从而防止意外的针部署。
现参考图8，内齿132和内齿134形成于处理探头16的针组件26的壳体部分27的内表面上。如前文所述，齿132选择性地接合安置于针限位器壳体64上的棘爪74。齿134选择性地接合位于针托架68上的棘爪76(未在图8中示出)。
现参考图9，本发明的系统10可以用于处理位于子宫壁UW(子宫内膜)下方并由浆膜壁SW所包围的、子宫U中的子宫肌层M中的肌瘤F。可以经阴道和经宫颈(或者备选地通过腹腔镜)将处理探头16引入到子宫，并且可以部署成像传感器20以对由虚线指示的视野内的肌瘤进行成像。
如图10A中所示，一旦在显示器14上定位了肌瘤，将会使用手柄上的控件来定位处理边界TB和安全边界SB并设定其大小。最初，如图10A中所示，虚拟边界线TB和SB既未定位在肌瘤上也未被适当地设定大小以处理肌瘤。在实际的针和耙齿部署之前，医师将会希望对边界TB和SB进行定位和设定大小以供适当处理。由于成像传感器20已经定位成抵靠子宫壁UW，因此推进处理边界和安全边界的唯一方式是如图10B中所示通过按下瞄准旋钮30向前移动边界，并且继而如图11B中所示向远侧推进旋钮。这将会致使处理边界TB和安全边界SB沿着轴线AL向前移动。如图11A中所示，这导致实时图像显示器14上的虚拟边界在肌瘤的图像上移动。
然而，如图11A中所示，处理边界TB的大小不足以处理肌瘤，这是因为该边界并未延伸遍及肌瘤的图像。因此，如图12B中所示，将会有必要通过旋转瞄准旋钮30来扩大处理边界TB。如图12A中所示，这既扩大了处理边界TB又扩大了安全边界SB。还如图12A中所示，虽然扩大的虚拟处理边界TB现在足以处理肌瘤，但安全边界SB已延伸到浆膜壁SW上。因此，存在处理将会影响子宫周围的更敏感组织的风险，并且如图13B中所示，有必要通过在相反方向上转动瞄准旋钮30来缩回虚拟安全边界SB。如图13A中所示，这同时减小了安全边界SB和处理边界TB的大小，并且医师已确认由于处理边界TB完全包围实时图像显示器上的肌瘤因而处理将会是有效的，并且由于安全边界SB位于子宫肌层M内且不越过实时图像显示器上的浆膜壁SW因而处理将会是安全的。此外，外科医师知道处理探头中的限位器现已被适当地设定用以部署针和耙齿来实现图13A中的虚拟边界所示的处理结果。
在将处理探头16保持稳定的同时，医师继而如图14B中所示推进针滑块36(在按下释放件之后)，从而如图14A中所示导致针56延伸到肌瘤F中。图14A中的图示包括处理探头16的表示，该处理探头16对应于患者体内存在的物理探头。图14A的其余部分对应于目标显示器14上存在的图像。
如图15B中所示，在针56已经按照处理探头16中的针限位器壳体64的限制而被完全部署之后，可以通过推进耙齿滑块40直到其接合耙齿限位器66而部署耙齿57。可选地，可以围绕中心轴(通常与针56的轴线对准)旋转处理探头16，以确认在围绕肌瘤的所有观察平面中的处理边界和安全边界。显示器14将会实时地示出处理边界和安全边界相对于目标肌瘤和浆膜的位置。继而如图15A中所示配置耙齿，并且可以向耙齿(以及可选地向针)供应能量，以便在虚拟处理边界TB所描绘的边界内实现处理。再一次地，图15A使将会存在于显示器14上的虚拟图像与处理探头16的物理存在混合起来。
现参考图16A至图16D，控制器12可被编程用于在图像显示器14上显示基准或标记，其中所述基准或标记代表“虚拟的”针和/或耙齿上的特定位置。例如，如图16A中所示，标记140可以代表针56上的位置，例如，耙齿将会从中发散的位置。可以提供附加标记142，其代表针的尖端。多个附加标记144可以代表耙齿的尖端。基准或标记142和144的使用帮助医师确认实际的针和耙齿被正确地部署。医师应当能够观察实际的针和耙齿在部署期间的实时图像，并且关联的尖端应当移动直至针尖端到达标记142并且耙齿尖端碰到标记144(或者备选地，如下文所述的图16B-图16D中的备选目标)。
图16B类似于图16A，区别在于代表耙齿的尖端的基准被描绘为代表每个耙齿的远侧尖端的可能的位置范围的弧线146。这样的附加信息在确定处理风险和安全风险的充裕度时对于医师是有用的。如图16B中所示，每个弧线具有等于理论电极部署长度的半径。如图16C中所示，弧线148全都具有从位于尖端12的原点测量的相同的半径。最后，在图16D中，图16C的弧线被联接成连续的弧线，其旨在呈现更清楚的可视化表示，以供由医师使用。
如至此所描述，图示的针壳体的实施方式全都包括用于放置针限位器和耙齿限位器的机构，以便调整显示器屏幕上的处理边界和安全边界的虚拟图像以及随后定位患者组织中实际的针和耙齿以供处理。图17A-17C中图示了备选的针壳体202，其无需针限位器和耙齿限位器。针壳体202包括处理线缆204和针轴杆206，两者在结构和用途上均与针对先前实施方式所描述的大致相同，并且如先前实施方式中所述，针壳体可以固定至成像壳体28和从成像壳体28移除。与此相反，针壳体202内的针托架208和针托架208内的耙齿滑块214(图17C)可由用户自由地定位且不受到限位器或任何其他运动限制机构的限制。替代地，如图17A中最佳地示出，由针壳体202的底部上的针托架位置传感器210来追踪针托架208的位置。类似地，如图17C中最佳地示出，通过位于针托架208的上部的位置传感器216来追踪耙齿滑块214。
医师或其他用户可以使用与针对先前实施方式描述的控制旋钮30不同的接口，在显示器屏幕上虚拟地定位处理边界和/或安全边界。例如，可以使用键盘、鼠标、滚动球、触摸屏、语音激活或者任何随计算机和其他显示器一起使用的其他常规接口，在具有子宫解剖结构的实时图像的显示器屏幕上定位处理边界和/或安全边界。虚拟处理边界和/或安全边界将会相对于针轴杆206的实际位置而设定，该实际位置可由系统使用所述轴杆在组织中的图像来追踪。在医师对虚拟处理边界和/或安全边界的放置满意之后，医师可以继而手动地推进针，同时系统控制器通过针壳体202中的传感器210来监控推进。通过可视的、可听的或其他方式，系统可以在针已被推进达适当距离时提醒医师。在锁定针之后，用户可以继而手动地推进耙齿，同时控制器经由传感器216监控它们的位置。当耙齿已被部署达虚拟处理边界和/安全边界的限度内的适当量时，系统将会再次提醒医师。系统继而可提醒医师处理可以开始。
图18A和图18B中图示了针壳体230的又一备选实施方式。针壳体230再次包括与针对所有的先前实施方式描述的那些大致相同的处理线缆232和针轴杆234。然而，针载体236与先前实施方式的不同之处在于，其由驱动螺杆240所驱动，该驱动螺杆240转而由伺服马达242所驱动。伺服马达将会由系统控制器12基于可通过前文讨论的任何方法产生的关于处理区域和/或安全区域的边界的信息来控制。
类似地，如图18B中最佳地示出，耙齿滑块244由耙齿滑块驱动螺杆246所驱动。耙齿滑块驱动螺杆转而由耙齿伺服马达248所驱动，该耙齿伺服马达248也由系统控制器所驱动和控制。针载体236还可包括针载体位置传感器250和耙齿滑块位置传感器252，但由于伺服马达应当提供关于针载体236和耙齿滑块244的准确位置数据，因此这样的位置传感器并非必需。然而，由于位置传感器允许对位置进行初始化并且允许在针部署操作和耙齿部署操作期间确认位置，因此位置传感器是有用的。耙齿滑块位置传感器252可以通过柔性连接器条带254而连接。
采用伺服驱动式针和耙齿的实施方式可以结合于前文描述的大多数实施方式，包括其中在针部署之前虚拟地确定处理边界和/或安全边界的实施方式，以及其中在部署针结构的同时确定处理边界和/或安全边界的那些实施方式。
现参考图19，在本发明的某些实施方式中，可以基于超声图像信息而非基于来自处理探头配置的信息来确定针和/耙齿位置。如图所示，来自板载成像传感器的超声数据流既提供呈现于显示器上的正常图像，又向系统控制器提供针图像和位置信息。用户通过前文描述的任何方式向系统控制器输入边界位置。系统控制器可以继而计算处理区域和/或边界区域并且将其与实际边界相比较，该实际边界将会基于监控的针/耙齿位置而获得。
现参考图20，本发明的系统和方法还可依靠外部针追踪，诸如使用射频标签，以追踪组织中的实时针位置。系统控制器可以继而依靠实时数据来确定针是否保持在边界内，以便可以实现安全而有效的处理。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言将会显而易见的是，此类实施方式只是以举例的方式提供的。本领域技术人员将会想到众多不偏离本发明的变化、改变和替换。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所述发明的实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等效方案。

Claims (10)

1.一种成像和治疗递送系统，包括：
成像组件，其包括具有近侧末端和远侧末端的成像轴杆以及位于该轴杆的远侧末端处的成像传感器；
针组件，其包括具有远侧末端和近侧末端的针轴杆以及往复运动地安置在该轴杆上或该轴杆内的针结构；
其中所述针轴杆被配置用于可移除地附接至所述成像轴杆，其中所述轴杆并排设置，且它们各自的轴线大致平行。
2.如权利要求1所述的系统，其中：
所述成像轴杆上的所述成像传感器枢转地附接于所述成像轴杆的远侧末端；
当所述针轴杆附接至所述成像轴杆时，所述针轴杆的远侧末端被安置于枢转地附接的成像传感器的近侧；
所述针轴杆中的所述针结构沿着所述针轴杆的轴线向远侧往复运动；并且
当所述针轴杆附接至所述成像轴杆时，所述成像传感器枢转远离所述针轴杆的轴线。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述成像组件还包括附接至所述成像轴杆的近侧末端的成像手柄节段，并且所述针组件还包括附接至所述针轴杆的近侧末端的针手柄节段，其中当所述针轴杆附接至所述成像轴杆时，所述成像手柄节段和所述针手柄节段一起形成完整的手柄。
4.一种用于处理组织中的解剖特征的系统，所述系统包括：
实时显示器，其连接至控制器；
用于在所述显示器上投影和调整处理边界和安全边界中的至少一个的装置；
处理探头，其具有可部署式针结构和可连接至所述控制器和显示器的成像传感器；以及
至少一个伺服驱动马达，其位于连接至所述控制器的所述处理探头上，其中所述控制器被配置用于驱动所述伺服马达以定位所述针结构，从而提供覆盖所述处理边界并且不延伸超出所述安全边界的处理。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述处理探头的所述针结构包括针和多个耙齿，所述多个耙齿可按向远侧发散的图案从所述针推进。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述投影装置包括用户接口，该用户接口被配置用于允许用户在所述显示器上虚拟地调整所述处理边界和/或安全边界的大小和/或位置。
7.一种用于处理组织中的解剖特征的系统，所述系统包括：
实时图像显示器；
处理探头，其具有可部署式针结构和成像传感器，其中所述成像传感器可连接至所述实时图像显示器；
位于所述处理探头上的可定位式限位器结构，其中所述探头上的所述限位器结构的位置(1)控制投影在所述实时图像显示器上的处理区域或安全区域的位置和大小中的至少一个，以及(2)物理地限制所述针结构的部署以使对所述组织的后续处理处于投影的处理区域和/或安全区域内。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述处理探头的所述针结构包括针和多个耙齿，所述多个耙齿可按向远侧发散的图案从所述针推进，并且其中所述限位器结构包括针限位器元件和耙齿限位器元件。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述针限位器元件至少部分地控制投影在所述实时图像显示器上的处理区域或安全区域的位置，而所述耙齿限位器元件至少部分地控制投影在所述实时图像显示器上的处理区域或安全区域的大小。
10.如权利要求7所述的系统，还包括控制器，该控制器可连接至所述探头以向所述针结构递送能量，其中所述系统被配置用于同时基于由所述控制器设定的能量水平以及确定所述针结构的位置的一个或多个限位器元件的位置，来控制投影的处理区域或安全区域的大小。
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